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Spezielle Relativitätstheorie für Einsteiger | Harald Lesch

Name: Spezielle Relativitätstheorie für Einsteiger | Harald Lesch
Uploaded: 2015-05-15T19:00:03+00:00
Duration: 31 min 44 s
Channel: Urknall, Weltall und das Leben
Description: Im klassischen Fall addieren sich Geschwindigkeiten: Zwei Züge mit je 300 km/h fahren relativ zueinander mit 600 km/h. Bei Licht funktioniert diese …

Urknall, Weltall und das Leben31:44 906.810 Aufrufe veröffentlicht 15. Mai 2015 Auf YouTube

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Transkriptautomatisch erstellt · 229 Zeilen

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[Musik] Einführung in die Relativitätstheorie. Also es ist ja so, dass uns die Relativitätstheorie im Grunde genommen
gar nicht interessieren muss. Also, warum sich alle so darüber aufregen, was da für Konsequenzen abzuleiten seien über die Welt. Insgesamt kann man sich
eigentlich nur wundern als Otton Normalverbraucher, denn für den Otton Normalverbraucher, also für Sie und für mich, ist es doch eigentlich völlig
wurscht mit dieser Relativitätstie. Worum geht's denn? Da geht's um Geschwindigkeiten, die wir sowieso nie erreichen. Lichtgeschwindigkeit 300.000
km pro Sekund. Ich bitzi. Ja, wir sind ja schon froh, wenn wir heute auf der Autobahn mal behaupten mal 20 km pro Stunde fahren können. Also, was sind
denn das für Geschwindigkeiten, von denen da die Rede ist? Es wird noch viel schlimmer, wenn man diese Geschwindigkeiten dann in Energien
umrechnet, dann landet man z.B. bei Temperaturen von 10 Milliarden Grad. Bitte, was hat denn das mit uns zu tun? Wir sind doch Lebewesen, die, sagen wir
mal, wenn wir innerlicher Hitz sind, 36,5° haben und in einer angenehmen Umgebung von vielleicht 25° und angenehmer Luftfeuchtigkeit von 60%
leben. Warum also Relativitätstheorie? Wieso müssen diese Physiker mit ihren Theorien so an den Rand des des Wahnsinns, will ich nicht sagen, sondern
der Anschaulichkeit gehen? Da kann man ja sich überhaupt nichts mehr vorstellen. Außerdem kommen ganz merkwürdige Ergebnisse dabei raus. Wie
kommt also ein Mensch, nämlich Albert Einstein dazu, zu Beginn des 20. Jahrhunderts Theorien zu formulieren, die unsere gesamte
Vorstellung von den Worten Raum und Zeit praktisch in seiner in ihre Einzelteile zerschlagen haben. Und am Ende kommt was raus, wo man sagen muss, Moment, wenn
wir uns verabreden, mein Lieber, dann bitteschön müssen wir genau ausmachen, in welchem Bezugssystem. Ach, das verstehen Sie nicht. Aber nach diesen
Vorlesungen werden Sie es verstehen. Fangen wir ganz von vorne an, wie Sie es gehört. Es gab Probleme, oder ich machen wir es
doch ganz anders. Setzen sich doch Malinen Zug. Sie fahren mit einem deutschen Zug, einem Hochgeschwindigkeitszug, sagen wir
mal auf einer Hochgeschwindigkeitsstrecke mit 300 Stundenkilom. Angenehm. Sie sehen, wie draußen die Landschaft an Ihnen
vorbeizieht. Wunderbar. Und dann kommt Ihnen ein anderer Zug entgegen. Natürlich nicht derselbe Gleis. ist klar, sondern wirklich also parallel. So
und jetzt fährt der auch mit dieser entsprechenden Höchstgeschwindigkeit. Jetzt ist die Frage, kleine Rechenaufgabe für Sie, mit welcher
Geschwindigkeit, Relativgeschwindigkeit fahren diese beiden Züge aufeinander zu, ne? Also der eine mit 300, der andere mit 300 macht
ja müssen sie na also na 600 natürlich 600 Stundenkil das halbe Schallgeschwindigkeit darauf will ich gar nicht hin, aber es ist klar, ne?
Die Geschwindigkeiten, die addieren sich doch. Okay, also wenn ich jetzt z.B. äh also in dem Zug noch gehe, der Zug hat 300 Stunden Kilm, ich laufe noch,
dann werde ich mich also praktisch schneller bewegen, obwohl man natürlich nicht schneller am Bahnhof ankommt, weil der Zug natürlich ein geschlossenes
System ist und so weiter. Gut, aber wenn diese beiden Züge aufeinander fahren, aufeinander zufahren, dann wissen Sie schon, das ist eine
Relativgeschwindigkeit, weil diese beiden Geschwindigkeiten sich so addieren. Fein. Wie wäre es denn jetzt, wenn sich
zwei Lichtstrahlen aufeinander zubewegen? Der eine Lichtstrahl bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit, der andere Lichtstrahl bewegt sich mit
Lichtgeschwindigkeit. Also müsste doch die Geschwindigkeit müsste doppelte Lichtgeschwindigkeit sein. Wenn man das aber macht, stellt man fest,
Lichtgeschwindigkeit und Lichtgeschwindigkeit gibt Lichtgeschwindigkeit. Moment,
da macht man den Versuch noch mal. Man macht den noch mal. Vielleicht hat man sich vermessen. Ja, aber Anfang des 20. Jahrhunderts war
klar. Die Lichtgeschwindigkeit scheint völlig unabhängig davon zu sein, ähm von dem Bezugssystem. Das scheint eine
Naturkonstante zu sein und das hat man überhaupt nicht verstanden. Überhaupt nicht. Man hat solche irsinnigen Versuche gemacht, weil man sich gedacht
hat, na Licht ist elektromagnetische Welle, das ist sowas wie eine Wasserwelle oder eine Schallwelle. Wasserwellen brauchen Wasser, ne, damit
sie also diese Wellenartigen Phänomene darstellen. Schallwellen brauchen ein Medium, das den Schall tragen kann. Z.B. Bei Luften können wir ja, also, dass sie
mich jetzt hören, hat nicht nur was mit der digitalen Elektronik der Quantenmechanik zu tun. Das übrigens auch eine interessante Vorlesungsreihe,
die Grundlagen der Quantenmechanik, aber das nur am Rande. Nein, nein, sondern es hat doch was damit zu tun, dass ich jetzt hier in den Mikrofone herepreche.
Dabei werden Druckdichte Schwankung erzeugend, das nennt man Schallwellen. Also Schallwellen brauchen ein Medium. Also hat man sich gedacht, na ja, also
da muss ja Licht, also elektromagnetische Wellen brauchen ja auch ein Medium und da geht's schon los. Also, wir machen das jetzt mal so bei
dieser Vorlesung jetzt bei dieser ersten, ich werde ihn so ein paar Anekdoten erzählen über diesen über diesen ganzen Kreis, bevor die
Relativitätstheorie eigentlich von Einstein erfunden wurde. Also hat man sich überlegt, okay, es muss also ein Medium geben, dass diese
elektromagnetischen Wellen trägt. Man nannte das Äter. D hat man sich folgendes überlegt, also wenn der Äter der zu den Eigenschaften komme ich
gleich noch ähm können Sie mich noch mal dran erinnern nachher. Ähm, wenn wenn der also ein ruhendes Medium ist, das also draußen das gesamte Weltall ist mit
Äterher angefüllt, ähm dann müsste sich ja die Bewegung der Erde relativ zu diesem Äter müsste sich ja dann messen lassen, ne? Das heißt, wenn ich einen
Lichtstrahl in Richtung der Erdrotter der Erdbewegung um die Sonne schicke, also nach vorne quasi und den nun überlagere mit einem Lichtstrahl, der
genau senkrecht zur Erdbewegung um die Sonne geht, dann müsste ich ja, also diese Addition dieser beiden Geschwindigkeiten müsste ich messen
können, denn hier kommt ja V + C. V ist die Geschwindigkeit der Erde um die Sonne und hier habe ich nur C. Wenn ich diese beiden Lichtstrahlen überlagere,
dann kommt es zu Interferenzerscheinungen, Beugungs, ja, Beugungsstreifen gewissermaßen. Also Interferenz heißt Überlagerung von
elektromagnetischen Wellen. Und je nachdem, wie ich diese Wellen überlagere, müsste dieses Interferenzmuster, wenn die
Geschwindigkeiten sich so überlagern, wie das bei dem ersten Beispiel war. Erinnern sich noch? haben sie nur vergessen, nicht verdrängen. Ja, hier
diese beiden Züge, die Geschwindigkeitsüberlagung müsste dann genauso funktionieren und ich müsste sehen können, wie das Interferenzmuster
sich verändert. Das war der Erwartungswert beim Michaelson Morley Experiment, dass man die Bewegung der Erde um die Sonne herum
tatsächlich erkennen müsste. Man schickt den Lichtstrahl nach vorne in einem großen Interferometer. Dieser Lichtstrahl wird an einem Spiegel wieder
reflektiert und überlagert diesen reflektierten Lichtstrahl mit einem der Senkrechter zu geht. Man hat also gedacht, wenn ich das jetzt drehe, das
ganze ist ja klar, dann verändern sich ja auch die Geschwindigkeiten, dann müsste sich natürlich auch das entsprechende Interferenzmuster hin und
her bewegen. Und was war da? nichts gar nichts. Der erste Einwand kam ja es
könnte ja sein, dass sich der Elter gerade so relativ zur Erde bewegt, wie die Erde sich relativ zum Eltern bewegt. Also, dass quasi der Elter uns gerade so
anbläst mit der Geschwindigkeit, mit der die Erde sich um die Sonne herum bewegt. Also machen wir den Versuch noch mal ein halbes Jahr später.
Kam auch nichts dabei raus. Man stand hier also vor dem unglaublichen Phänomen, dass offenbart sich die Geschwindigkeit des Lichts nicht zu der
Geschwindigkeit der Erde dazu addieren ließ. Da musste was ganz anderes sein. Da musste auf einmal angenommen werden und jetzt kommt unser Freund Albert
Einstein ins Spiel. Da musste angenommen werden, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist und zwar ganz unabhängig davon von der Bewegung der
Quelle des Lichts. Ich meine, man kann sich das schon so ein bisschen vorstellen, wenn wir mal uns überlegen, äh wir würden also wir wir schauen uns
ein ist jetzt ein blödes Beispiel, ich weiß, aber wir sind ja unter uns äh ein Verkehrsunfall an. Ja, ist klar. Also, da kommt von hier ein Auto und davon
vorne kommt auch eins und sie sehen, sie ahnen schon, was jetzt passieren wird, ne? Also, die knallen hier zusammen. Jetzt stellen sich mal für ein winzigen
Moment vor. Also, wir können das ja sehen, wir können den Bum Knall. Alles klar. Wir wissen, da ist hat's geknallt, dass ich die das Licht die
Lichtgeschwindigkeit zu der Geschwindigkeit des Autos, das direkt auf uns zukommt, dazu addieren würde. Ja, wir würden gar nicht den
Unfall beobachten können, wir würden was völlig anderes sehen, denn dieses Auto wä dieses Lichtsignal dieses Autos wäre ja viel schneller bei uns als das
Lichtsignal von diesem Auto. Wir würden gar nicht sehen können, dass die beiden Autos zusammenstoßen. Merken Sie es, merken Sie es, merken Sie, an was wir
hier rühren. Wir rühren nämlich mit der Lichtgeschwindigkeit an dem
Informationsübertragungsmechanismus schlecht hin. Wenn wir etwas von dieser Welt erfahren, wenn es jetzt nicht gerade per Telefon ist, was ja auch eine
elektromagnetische Welle ist, aber ist es ja normalerweise etwas, was wir sehen können, ne? Also die Information, da kommt was hat was damit mit unserer
Fähigkeit zu tun, etwas zu sehen. Ist eine der wichtigsten Sinneseindrücke, die es überhaupt gibt. Deswegen ist es ja in der Evolution auch schon xm
entwickelt worden. Gab ja verschiedene Konzepte Augen zu entwickeln. Das ist alles kein Zufall. Also schlussendlich ist die Relativitätstheorie, wie sie
nachher von Einstein entwickelt worden ist, aus der Erfahrung herausgekommen, dass wir eine Theorie brauchen, die ein Phänomen erklären soll, was so
offensichtlich ist, dass man sagen muss, das kann doch nicht wahr sein. Also, die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ist der Ausgangspunkt
der, Achtung, merken, aufschreiben, speziellen Relativitätstheorie. Einstein untersucht in der speziellen Relativitätstheorie, die ja gar nicht so
hieß. Ach was? Nein, die hieß die Elektrodynamik bewegter Körper. Das war das, ne? Also, hat sich ursprünglich mit elektromagnetischen Problemen
beschäftigt, aber da erkläre ich Ihnen gleich. Also die spezielle Relativitätstheorie, da geht's nur um sogenannte Bezugssysteme, die sich
gleichförmig zueinander bewegen. Sogenannte Inertialsysteme. Können Sie mal nachgucken. Ja, also entweder in Ihrer Hardware oder Sie gucken mal im
Internet nach, denn das zu erklären, das würde mich jetzt zu weit führen. Inertialsysteme sind solche, wo alles gut ist, sagen wir mal so, ja, also wo
sie nichts merken, ne? Also ist vielleicht beste also Inerzial und man hätte jetzt zwei, wenn man zwei Inerzialsysteme hätte, wie würde sich
denn z.B. die Bewegung eines Körpers in einem Inertialsystem. Ja, wie würde die abgebildet in einem anderen Inertialsystem? Also auf gut Deutsch,
man braucht mindestens zwei Uhren. Relativitätstheorie ist die Theorie von den vergleichenden Uhren. Zwei Uhren, die sich miteinander vergleichen. Sie
nichts ist relativ, wenn sie allein sind. Ist ja logisch. Ja, also ich meine das soweit ist doch klar. Also für die spezielle Relativitätstheorie ist nun es
wichtig, dass man zwei Uhren vergleicht, die sich relativ, also Entschuldigung, die sich gleichförmig, nicht relativ gleichförmig, sondern wirklich
gleichförmig zueinander bewegen. Da gibt es nämlich z.B. und so kam der Einstein drauf, da gibt es ein interessantes Problem, ein hochinteressantes Problem.
Ähm, ich weiß nicht, ob sie das wissen, gibt ja Ladungen, positive Ladung sind die Protonen im Atomkern z.B. Negativ sind die Elektronen und gerade um die
Elektronen, da geht's uns jetzt äh denn es geht um den elektrischen Strom. Elektrischer Strom wird dem Allgemeinen, ich denke, so wird's Ihnen auch gehen,
ja, als die Relativbewegung von positiven zu negativen Ladungsträgern empfunden. Und da die Elektronen die leichterin sind, die sind 1836 mal
leichter als die Protonen, sind es natürlich die Elektronen, die sich bewegen. Also ist im allgemeinen die Bewegung von Elektronen. So, das ist
elektrischer Strom und wir wissen auch alle, und jetzt kommt's nämlich, jetzt passen Sie auf, jetzt kommt einer für Sie, das elektrischer Strom, wenn der
also wenn der läuft durch ein Draht, dann ist dieser Draht umgeben von einem Magnetfeld. So,
also eine bewegte Ladung erzeugt ein Magnetfeld. Bewegte Ladung ist ja genau dieser elektrische Strom. Wenn die Ladung ruht, also
ja, einfach nur ganz ruhig ist, dann gibt es nur ein elektrisches Feld. Und das ist das Komische. Also, wenn die Ladung ruht, gibt's nur ein elektrisches
Feld. Wenn sich aber bewegt, dann gibt's ein elektrisches Feld und magnetisches Feld. Hm, woher kommt das magnetische Feld? Die ursprüngliche
Frage, die Einstein sich gestellt hat in seiner speziellen Relativitätstheorie war: Woher kommen durch Strom induzierte Magnetfelder?
Das hat er gemacht. Dafür hat er gewissermaßen eine ganz neue Theorie erfinden müssen, deren Konsequenzen wir natürlich jetzt den weiteren Vorlesung
genauer behandelt werden. Aber diese Theorie, die speiste sich durch verschiedene Forderungen. Erstens, das haben wir schon gehabt, die
Lichtgeschwindigkeit ist eine Konstante und zwar in allen Bezugssystemen. Zweitens, es muss möglich sein, die Naturgesetze und bei der Elektrodynamik
handelt es sich um Naturgesetze. Doof. Das war der Standpunkt. Die Naturgesetze invariant, also unabhängig vom Bezugssystem zu
formulieren. Das ist eine Wahnsinnsforderung. Das bedeutet nämlich, der Einstatt ist der Meinung gewesen, dass wir Menschen
in der Lage sind, Naturgesetze so zu formulieren, dass sie immer und überall im Universum gültig sein werden, immer, egal wie schnell man sich bewegt. Und da
kam er nun darauf, dass wenn die Geschwindigkeiten, die im Spiel sind, V, also wenn die gegen die Lichtgeschwindigkeiten gehen,
dann verändern sich die Transformationsseigenschaften dieser Inertialsysteme. Dann kann ich auf einmal nicht mehr sagen, die
Gesamtgeschwindigkeit von zwei Zügen V ist V1 + V2, sondern dann muss ich immer in Rechnung stellen, wann ab wann erfahre ich denn überhaupt etwas
darüber, dass eine Lichtquelle sich bewegt? Mit anderen Worten, die spezielle Relativitätstheorie nimmt zum ersten Mal ernst, dass die Information
von einem Punkt bis zu mir eine bestimmte Zeit braucht. Und das heißt, ich kann erst dann etwas über etwas erfahren, wenn das Signal bei mir
angekommen ist. Vorher kann ich es mir vielleicht ja vorstellen, aber solange ich nicht wirklich ein Pieps habe, weiß ich nichts darüber. Genau dieses Piepsen
wird und wird noch eine Rolle spielen. Damit hat man die sogenannten Lorenz Transformationen in die Welt gebracht. Das ist jetzt Mathematik. Ich will das
jetzt nicht äh hier ausführen. Das müsste man mal richtig vorrechnen. Können Sie ja beig Spaß mal machen. Ähm das ist nämlich eine wirklich schöne
Sache. Kann man richtig schön mal richtig zeigen, wie toll Mathematik ist. Aber ich will jetzt keine Mathematikvorlesung halten, obwohl es
auch mal vielleicht angebracht wäre, die Potenz dieser unglaublichen Wissenschaft darzustellen. Also schlussendlich ist die spezielle Relativitätstheorie
eine Konstruktion, eine mathematische Konstruktion unter der Voraussetzung die Lichtgeschwindigkeit
sei eine Konstante und die dazugehörigen Naturgesetze, die seien invariant. Also, wenn da was rauskommt, dann ist es immer und überall gültig. Und dazu gehört
jetzt nur noch eine Annahme, die werden wir noch brauchen. Die werden wir nämlich genau dann noch brauchen. Ich gebe ihn ja alles, also auch die
allgemeine Relativitätstheorie, die werden wir nämlich noch brauchen, wenn es um den Unterschied geht zwischen spezielle Relativitätstheorie und
allgemeiner Relativitätstheorie. Einstein ging davon aus, dass die Welt eine bei der speziellen Relativitätstorie, Achtung, also noch
mal, Einstein ging bei der speziellen Relativitätstheorie davon aus, dass die Welt eine flache ist. Ja, also Dreieck, Winkelsumme des
Dreiecks immer 180°. Ja, da guckt sich also nichts an, was irgendwie im weitesten Sinne auch nur am Rande irgendwie was mit Gravitation zu tun
hat. Das kriegen wir noch. Ja, die spezielle Relativitätsor ist eine einfache Theorie ähm auf den ersten Blick auf jeden Fall und eigentlich auch
auf dem zweiten und sie lässt sich wunderschön vorrechnen ganz ganz früh im Physikstudium und natürlich bei so einer Vorlesung wunderbar erklärend, dass sie
in einer Welt agiert, die völlig flach ist, völlig, in der die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist. Das spielt nachher natürlich auch eine
Rolle bei der allgemeinen Relativitätsthorie, da wird das auch angenommen und dass die Naturgesetze invariant sind. So. Und damit legte
Einstein los und erzeugte eine Theorie, brachte eine Theorie in die Welt, die jedes Mal, jedes Mal, wenn irgendwo auf dieser Welt ein Transformator angeworfen
wird, ja, wo also Spannungen z.B. transformiert werden von ganz hoch nach ganz niedrig, wo die Ströme rauf transformiert werden, weil man z.B. wie
hier in diesem Studio Lampen braucht, die richtig viel Strom verbrauchen, da muss man möglicherweise so oder wenn sie hier so ein kleinen Travo nehmen, weil
sie die 220 Volt aus ihrer Steckdose nicht gebrauchen können, dann müssen sie das runter, das muss runter transformiert werden. Jedes Mal, wenn
das passiert, jedes Mal, wenn in diesem Universum irgendwo ein magnetisches Feld induziert wird, könnte Albert Einstein
gewissermaßen wieder eine Kerbe in den Griff seines Messers schnitzen. Jedes Mal. jedes Mal, weil jedes Mal, wenn das passiert, kann man gewissermaßen h klein
vorrechnen, dass die winzigen Relativgeschwindigkeiten, die Elektronen in einem Leiter haben relativ zu den Protonen, dass diese winzigen
Relativgeschwindigkeit, obwohl sie winzig sind im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit, dieser Effekt ist ausschlaggebend für die Erzeugung eines
Magnetfeldes aus dem Nichts. Also der Übergang von einer ruhenden Ladung zu einer bewegten Ladung, das Auftreten eines Feldes, das sie alle
kennen. Magnetfelder kennt ja, Kompass und so weiter und so weiter. Das ist der Beweis dafür, dass an der speziellen Relativitätstheorie unglaublich viel
richtig sein muss. Die Effekte der speziellen Relativitätstheorie. Was hat denn das jetzt für Effekte?
Also, man kann wenigstens verstehen, wie elektrischer Strom funktioniert, wie der wie die Induktion des Magnetfeldes durch den elektrischen Strom. Und man kann
vielleicht mit diesen Hilfe von Lorenz Transformation auch verstehen, warum die Lichtgeschwindigkeit beim Übergang von einem Bezugssystem zum anderen sich
offenbar gar nicht verändert, also es immer eine Konstante ist. Aber was für Effekt hat denn das jetzt? Ich meine, es war die Rede davon. Ich hatte ja darüber
gesprochen. Relativitätstheorie ist die Theorie des relativen Vergleichs. Also relativ ist nur dann was, wenn man etwas hat, was miteinander vergleichen kann.
Und was vergleicht man typischerweise? Entweder vergleicht man Autos, Schiffe oder Uhren. Bei der Relativitätstheorie
geht's um was ganz banales. Es geht nur um Uhrenvergleich, sonst nichts. Es geht einfach nur um den Vergleich zweier Uhren. Und mit den Uhren und den
Geschwindigkeiten, ist natürlich klar, hat man es auch mit dem Längenvergleich zu tun. Also machen wir es doch kurz und knackig. Erstens, wenn ich mich mit
annäheren Lichtgeschwindigkeit bewege, werden die Längen kürzer. Zweitens, die Zeiten werden langsamer. Ja. Und drittens, die Massen werden
fürchterlich groß. Und viertens, mal gucken, das wird ja fürchterlich und es wird auch fürchterlich, weil das hat
Konsequenzen. Beginnen wir mit der Längenkontraktion. Ähm, das heißt ja nichts anderes im Grunde genommen als dass, wenn ich jetzt von außen, wenn es
jemanden gäbe, der von außen eine Länge messen könnte, ähm dann würde der also eine größere Länge feststellen als ich, wenn ich mich mit anderen
Lichtgeschwindigkeit bewege. Nee, also noch mal sie, also wir brauchen ja zwei, nämlich einen, der von außen guckt und oder von woanders guckt
und mich, also ich nehme jetzt einfach mal mich egomanisch jetzt in dieser Vorlesung nehmer nur mich, ich bewege mich mit Lichtgeschwindigkeit und für
mich werden die Längen kürzer werden der von draußen denkt meine Güte. Ja, ja, das ist jetzt nicht so anschaulich. Ich machen mal es anders. Nehmen wir nehmen
wir nehmen wir machen mal folgendermaßen. Wenn die Relativitätstheorie recht hat, dann müsste folgendes passieren.
Und was glauben Sie? Wird natürlich passieren in der Hochatmosphäre. So bei 30 km, da knallen Teilchen rein von der kosmischen
Strahlung und dabei werden Teilchen erzeugt. Die kosmische Strahlung sind ja schnelle Teilchen, meistens Protonen und auch ein paar Atomkerner dabei. Knallt
auf unsere Atmosphäre und bei diesem bei dieser Wechselwirkung werden Teilchen erzeugt. Diese Teilchen nennt man Myonen.
Diese Myonen zerfallen eigentlich relativ schnell wieder. Mit anderen Warten, wenn ich jetzt hier unten auf der Erde einen Mionendetektor habe, also
ein Empfangsgerät für Millionen, dann erwarte ich eigentlich so gut wie kein Signal. Warum? Weil die Millionen doch alle oben in der Atmosphäre schon lange
zerfallen sind. Ich kann eigentlich davon ausgehen, hier unten kommt nichts an. Aber das Experiment sagt, es kommen jede
Menge Myonen an. Moment, was ist da falsch? Vielleicht stimmt was nicht mit der Zerfallszit des Mys. Ja, können wir messen. Wir messen
einfach hier unten. Wir messen im Labor die Zerfallszzeit des Mys. Die Zerfallszzeit ist bekannt. Das Mühen dürfte da oben höchstens 800 m lange
laufen. Da müsste es eigentlich verschwunden sein. Bitte wie? Bitte was? Vielleicht sind es andere Millionen. Vielleicht gibt's noch andere.
Vielleicht werden da oben andere Millionen erzeugt als die, die wir unten im Labor haben. Ja, ist auch nicht wahr. Ja, also schlussendlich gibt es hier ein
Phänomen, das ganz einfach zu erklären ist, wenn man die spezielle Relativitätstheorie kennt und weiß, wie man mit ihr umgehen muss. Die Myonen,
die nämlich da oben in der Hochatmosphäre entstehen, diese Teilchen bewegen sich mit 99,99% Lichtgeschwindigkeit. Übrigens kann ich
ihn schon mal sagen, du h es schon mal Bescheid wissen. Alles Masse behaftet im Universum, also mit einer richtigen Ruhemasse, kann sich nicht mit
Lichtgeschwindigkeit bewegen, kann nur naher rankommen, aber nicht mit Licht. Also Masse, nicht mit Licht. Kann man so sich gut merken. Kommen zurück zu
unserer endliche Ruhemasse, deswegen können die sich eben nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, nur mit 99,99 %. Und was bedeutet das jetzt?
Nun, wenn ich in die in die Regularien der speziellen Relativitätstheorie reingehe und das da einsetze, also V ist 0,999
mal C. C ist die Lichtgeschwindigkeit und setze das ein. Dann stelle ich fest, für diese Myonen, also für diese Teilchen, die sich mit
annähernd Lichtgeschwindigkeit da oben in der Atmosphäre bewegen, ja, hat sich die gesamte Höhe der Atmosphäre, also 30 km durch den durch den relativistischen
Effekt derartig verkürzt, dass wenn die hier unten ankommen, also da, wo ich jetzt stehe mit meinem Monempfangsgerät, dann sind die noch gar
nicht zerfallen und genau deshalb kann ich die hier unten messen. Für das Myon sind die 30 km gewissermaßen so lang wie 800 m bei uns.
Die Zeit die die Länge hat sich enorm verringert. Das ist ein Effekt der Relativitätstheorie, dass das Teilchen gewissermaßen
andere Längen jetzt jetzt wird's vorsichtig sein s jetzt vorsichtig mit dem Ausdruck, ich sag's aber genauso wie ich es meine. Ähm erlebt ja nichts an
der Höhe der Atmosphäre hat sich wirklich verändert. Aber das Teilchen erlebt diese Länge anders. Das lässt sich natürlich sofort
zusammenbringen mit der Aussage der der Uhren. Ja, dass die der Uhrenvergleich bei relativistisch bewegten Uhren immer
zugunsten der relativistisch bewegten Uhr ausfällt. Die geht einfach viel viel langsamer. Der nicht, dass die Uhr langsamer geht,
aber wenn man die beiden Uhren miteinander vergleicht, dann hat die relativistisch bewegte Uhr, die sich also mit annäher Lichtgeschwindigkeit
bewegt, die hat was ganz anderes erlebt als die nicht relativistisch bewegte Uhr. Das ist im Grunde genommen auch die Aussage bei den Millionen, ja, weil die
brauchen ja zack, ja, wie lange brauchen die? Nun, die bewegen sich mit 99% Lichtgeschwindigkeit. Deswegen kann man es ja richtig ausrechnen. Und es ist
genauso, dass sie praktisch die genau die Zeit leben, die sie tatsächlich auch im Labor leben. Die Zerfallszeit ist die gleiche. Hm. Nur für das Mhren hat sich
die Zeit gewissermaßen verlängert. Die Uhr dickt langsamer. Das hört sich jetzt eigentlich auf den
ersten Moment hört sich das saublöd an. Bitte, wie bitte was ist denn das jetzt mit den Uhren da? Wenn ich jetzt die Uhr nähme und bewegte sie mit
Lichtgeschwindigkeit, würde die dann klick klick klick langsamer gehen oder was? Das hängt davon ab, ob die Uhr an ihrem an ihrer Hand ist, also an ihrem
an Ihrem Arm ist oder nicht. Also mit anderen Worten, bewegen Sie sich mit der Uhr, dann kriegen Sie davon gar nichts mit.
Sind sie also im selben Bezugssystem wie die Uhr, dann kriegen sie ja nichts davon mit, weil sie sind ja dann auch da sie ja auch nur, also wir sind ja alle
als Lebewesen sind ja Zeitmessgeräte, das merken wir jeden Morgen, also nicht jeden Morgen, aber manchmal äh blicken den Spiegel verrätt ja viel mehr das
Universum, als wir alle glauben. Also ähm ne, also wissen was ich meine, also die Uhr, wenn die Uhr an uns dran ist, dann haben wir die gleiche Zeit wie die
Uhr. Wenn wir aber nicht die Uhr an uns haben, sondern von außen, also wenn wir uns nicht mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Uhr bewegen,
also von außen auf diese Uhr schauen, ja, wie kriegen wir denn mit, wie die Uhr tickt, müssen wir irgendwie mitkriegen. Wie kriegen wir es mit? Das
Beste, was wir haben können, ist natürlich, wir kriegen es mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung mit. Also, sagen wir mal, die Uhr würde piepsen
regelmäßig. Und genau das kann man messen. Wenn man eine Uhr relativistisch bewegt, dann stellt man fest, dass der Sekundentakt bie bie bie, der wird immer
länger und länger und länger und länger. Je schneller die Uhr sich bewegt und bewegt und bewegt. [Musik]
Hier geht's also gar nicht darum, dass die Welt insgesamt sich verändert hat, sondern es geht nur darum, dass das Erlebnis der verschiedenen
Uhren unterschiedlich ist. Die Höhe der Atmosphäre ist immer noch 30 km für uns. Wenn wir so schnell wären wie die Millionen, dass wir also von 30
km Höhe mit annähernd Lichtgeschwindigkeit darunter fliegen würden, dann würden wir merken, das sind gar keine 30. Also für uns wären es dann
auch nur 800 m. Also z.B. könnte man sich so überlegen, dann ist es ja auch möglich durchs Welt Weltall zu fliegen mit dem Affenzahn.
Wenn man es nur, ja, wenn man nur schnell genug fliegen kann, dann werden ja die Längen kürzer, die werden ja viel viel kürzer. Das ist ja meine Güte. Dumm
ist dann eben nur, dass dabei eben auch die Zeiten immer länger und länger werden. Also für die anderen, für uns natürlich nicht, denn wir leben ja, wir
wir haben ja unsere Erlebnis an unserem Arm. Das heißt, wenn ich z.B. durchs Universum fliege mit einem Raumschiff, das mich mit annähernd
Lichtgeschwindigkeit irgendwo hinbringt, dann kann ich das zu Hause niemanden mehr erzählen. Während auf meiner Uhr vielleicht nur 6 Monate vergangen sind,
ne? Ich habe eine äh Entfernung von ein paar Lichtjahren hinter mich gebracht, aber es hat nur 6 Monate gedauert, weil die Länge, die eigentlich von der Erde
aus betrachtet fünf Lichtjahre ist, die habe ich nur als etwas erlebt, was vielleicht nur sechs Lichtmate lang ist. Diese Länge, die zu einer
Zeitveränderung bei mir geführt hat, die bedeutet auf der Erde eine unglaubliche, eine unglaublich lange Zeit. Gibt's wunderschöne Ideen, die man haben kann
und da komme ich nämlich zum ersten Mal wieder auf das Rendezvu zurück. Wenn man Rendezvous verabredet in der Relativitätstheorie, muss man ganz
vorsichtig sein. Also, ich bin dahingeflogen auf diesen anderen Stern und zu Hause sind 6000 Jahre vergangen. Da kennt mich keiner mehr, überhaupt
niemand mehr. Ich habe keine Freunde mehr, ich habe keine Bekannten mehr, ich habe keine Heimat mehr, nichts. Deswegen sein Sie vorsichtig, wenn Sie auf den
Außerirdischen treffen. Die Leute haben deswegen meistens schlechte Laune, denn erinnern sich noch? Ja, die Invarianz der Naturgesetze, ja, die Einstein
gefordert hat für die Relativitätstheorie, die gilt natürlich auch für den Außerirdischen. Wenn also die Relativitätstheorie nicht völliger
Unsinn ist, sondern wenn sie vielleicht sogar richtig ist, von Wahrheit will ich nicht sprechen. Ähm, wenn sie also ich mache demnächst übrigens äar Vorlesungen
über Naturphilosophie, da können wir mal uns über Wahrheit unterhalten, aber zurück, wenn es also so sein sollte, dass die Relativitätstheorie überall im
Universum gültig ist, wir sind immer noch bei der speziellen Relativitätstheorie, dann gelten diese Gesetzmäßigkeiten auch
für den Außerirdischen und dann muss er gucken. Das heißt, wenn der hier auf der Erde angekommen ist, wenn er ein paar Monate mit Lichtgeschwindigkeit geflogen
ist, da hat er zu Hause kein hat er keine Verwandten mehr, keine Bekannten, nichts hat niemand mehr vor dem man sagen kann, Mensch, du, ich habe ja
einen Planeten entdeckt, du glaubst es nicht. Da gibt's Lebewesen, die fahren also unglaublich tolle Autos oder sonst irgendwas. Sie machen ganz tolle Dinge,
verwüsten ihren Planeten und so weiter und so. Also ganz irsig, aber nee, hat er keinen mehr. Niemand. Deswegen seien Sie vorsichtig. Das gewissermaßen eine
Konsequenz der Relativitätstheorie. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie auf Außerirdische treffen, die haben meistens keinen Kontakt mehr nach Hause.
Können Sie auch gar nicht haben. Wie denn? Weil nämlich die Informationen im Universum sich höchstens mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können.
Das ist nämlich eine ganz wichtige Angelegenheit. Die spezielle Relativitätstheorie sagt uns etwas aus über den Rand der erkennbaren
Wirklichkeit. Solange ich in dieser erkennbaren Wirklichkeit drin bin, das bin ich natürlich immer solange ich lebe, ja,
werden die Informationen, mit denen ich was anfangen kann, die werden nur mit Lichtgeschwindigkeit übertragen und dadurch kommen diese Effekte zustande.
Kein Meter wird kürzer, aber ich erlebe ihn kürzer, ja? weil er für mich kein Meter mehr ist, dann ist er vielleicht nur ein Zentimeter dieser Meter.
Also die spezielle Relativitätstheorie liefert solche Effekte wie Längenkontraktion, Kontraktion, Längenkontraktion,
Zeitdilatation und sie liefert auch etwas Dramatisches. Sie liefert nämlich die Aussage, dass in jedem Massebehafteten etwas eine
ungeheuere Menge an Energie steckt. E= M* C. zum Quadrat. Das ist ein Resultat der speziellen Relativitätstheorie. Und zwar geht's
darum, wie sich eigentlich Energien, eigentlich nicht wirklich Energien, sondern Impulse äh transformieren. Ja, jetzt habe ich mal gesagt,
transformieren. Sie erinnern sich noch? Es geht nämlich darum, wie verhalten sich gleichförmig bewegte Bezugssysteme zueinander. Da gibt es Raum, das sind
die Längen, da gibt es Zeit, das sind die Uhren und da gibt es natürlich auch den Impuls. Und Impuls ist im erster Näherung mal sowas wie Masse, also m*
mal V. V ist die Geschwindigkeit. Nur wenn es richtig relativistisch wird, also wenn es richtig schnell wird, dann ist das
sogar m* c. Schlussendlich kommt dabei heraus, dass die Energie, selbst wenn das Ding sich gar nicht bewegt, eine Ruheenergie
besitzt. Und da kam der Einstein mit seinem E= M C². Und diese Formel hat ja die Welt verändert. Diese Formel ist zu allem geworden, was
wir eigentlich nicht haben wollten. Ja, sie hat uns Atombomben beschert, Wasserstoffbomben, aber auch die Erkenntnis,
wie die Sterne funktionieren. Sie hat uns also einen tieferen Blick in die Natur der Dinge erlaubt. E = MC² ist die zentrale Formel des 20. Jahrhunderts mit
allen positiven und allen negativen Auswirkungen. So ist das mit der Wissenschaft, auch mit der Relativitätstheorie.
Der wissenschaftliche Inhalt mag ja hervorragend sein. wir allerdings damit anfangen, das kann manchmal ganz schön fürchterlich sein. Ja.

Zum Nachlesen

Harald LeschHarald Lesch (* 28. Juli 1960 in Gießen) ist ein deutscher Astrophysiker, Naturphilosoph, Wissenschaftsjournalist, Fernsehmoderator und Hörbuchsprecher. RelativitätstheorieDie spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum und Zeit aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen, und die damit … ZeitdilatationDie Zeitdilatation (von lateinisch dilatare, ‚dehnen', ‚aufschieben') ist ein Effekt, der durch die Relativitätstheorie beschrieben wird.